[发明专利]半桥和全桥型模块化多电平换流器的实时仿真建模方法

说明书

本发明公开了一种半桥和全桥型模块化多电平换流器的实时仿真建模方法，该方法具体包括MMC电路模型分割、解耦延时误差补偿和子模块的详细及简化数值模型几个方面。采用理想变压器模型法对MMC进行电路模型分割，分割模型包含桥式主电路模型和各桥臂子模块数值模型，子模块数值模型中的激励电流取主电路中桥臂电流经插值预测处理后的值，子模块数值模型包含了半桥和全桥的电磁暂态详细及简化数值模型，可根据仿真精度和仿真规模等需求进行选择。本发明可以实现大规模MMC的电磁暂态实时仿真，与常见仿真软件中的整体电路模型相比具有较高的仿真精度，同时具有很好的稳定性，可实现电容电压均衡排序和控制策略等诸多方面的硬件在环仿真验证功能。

技术领域

本发明涉及一种半桥和全桥型模块化多电平换流器的实时仿真建模方法，属于属于电力系统的建模与仿真领域。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)因具有不平衡运行能力、故障穿越能力和开关损耗较小等诸多优势而在柔性直流输电等领域得到越来越多的应用。但在实际工程应用中，通常需要对其硬件设备和控制系统的可行性和有效性进行测试和验证。其中，硬件在回路测试是验证控制保护策略的一种高效测试方式，这就要求包含MMC的主电路电磁暂态仿真能够达到与现实时钟同步。然而，MMC含有数量众多的电力电子开关器件，若采用传统基于理想开关法的建模方式将难以做到实时化。

目前，能够实现MMC电磁暂态实时仿真的商业仿真平台主要为RT-LAB和RTDS。其中，RT-LAB相比RTDS较早推出MMC-HVDC半实物仿真解决方案。二者均是通过FPGA来完成阀体的实时仿真建模，但对于同样子模块数，RTDS相比RT-LAB需要更多的FPGA资源。RT-LAB所采用的SSN算法需要预先计算各个分割网络的戴维南或诺顿等效电路，其等效电路预计算和整体关联电路求解的通用性程序较难实现。而RTDS所采用的TLM接口算法需要根据不同电路参数来调整计算附加电路的参数值，且基于L/RC模型的阀控电路需要很小的仿真步长，因此并不适用于多CPU核并行仿真方式。另一方面，由于RT-LAB和RTDS为商业实时仿真平台，其硬件配置价格均较为昂贵，且后期扩展升级费用也较高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种半桥和全桥型模块化多电平换流器的实时仿真建模方法。该方法中的子模块电磁暂态详细数值模型能够实现一定规模的MMC系统电磁暂态实时仿真，且具有极高的仿真精度，仿真功能也较齐全；另一方面，该方法中的子模块电磁暂态简化数值模型其仿真精度精度相比详细数值模型较低，但能够实现极大规模的MMC系统电磁暂态实时仿真。

本发明的技术方案是，一种半桥和全桥型模块化多电平换流器的实时仿真建模方法，采用理想变压器模型法将MMC换流器分割为主电路模型和子模块群组模型,子模块群组模型包括多个相互独立的子模块模型，子模块模型采用数值建模法建立各子模块数值模型，包括半桥及全桥子模块电磁暂态详细数值模型和电磁暂态简化数值模型；建模方法包括以下步骤：

A、将主电路模型中的各桥臂均用一受控电压源等效，检测当前步长桥臂电流值i(t)；

B、若采用单核串行仿真方式，则对步骤A中桥臂电流值i(t)作插值预测处理为i′(t)，若采用多核并行仿真方式，则对步骤A中桥臂电流值i(t)作超前插值预测处理为i′(t)；

C、采用数值积分法对子模块模型中电容进行离散化处理，根据半桥和全桥子模块模型离散伴随电路分别建立半桥和全桥子模块电磁暂态详细数值模型，根据半桥和全桥子模块模型简化伴随电路分别建立半桥和全桥子模块电磁暂态简化数值模型；

D、将步骤B中经插值预测处理后的桥臂电流值i′(t)作为步骤C中半桥和全桥子模块电磁暂态详细数值模型及子模块电磁暂态简化数值模型的激励电流源，求解各子模块模型中的电容电压u_C(t)和输出电压u_o(t)；